JP2003231203A - 炭素膜被覆部材 - Google Patents

炭素膜被覆部材

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JP2003231203A JP2002235166A JP2002235166A JP2003231203A JP 2003231203 A JP2003231203 A JP 2003231203A JP 2002235166 A JP2002235166 A JP 2002235166A JP 2002235166 A JP2002235166 A JP 2002235166A JP 2003231203 A JP2003231203 A JP 2003231203A
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carbon film
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carbon
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Michio Sato
道雄 佐藤
Takashi Yamanobe
尚 山野辺
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Abstract

(57)【要約】 【課題】低摩耗性，耐摩耗性，耐食性に優れ、過酷な条
件下で使用された場合においても剥離や発塵や劣化が少
なく半導体製品に対して悪影響を及ぼすことが少なく、
しかも耐久性に優れた炭素膜被覆部材を提供する。 【解決手段】アモルファス炭素４から成るマトリックス
中に金属および／または金属炭化物５を含有した被膜６
を基材２表面の少なくとも一部に形成した炭素膜被覆部
材１において、上記被膜を構成する金属（Ｍ）の炭素
（Ｃ）に対する原子比（Ｍ／Ｃ）が０．０１〜０．７の
範囲であることを特徴とする炭素膜被覆部材１である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は炭素膜被覆部材に係
り、特に低摩擦性，耐摩耗性に優れ、ウェハーカセッ
ト、ダミーウェハーやプローブピンなどの半導体製造装
置用部材として過酷な条件下で使用された場合において
も剥離や発塵や劣化が少なく半導体製品に対して悪影響
を及ぼすことが少なく、しかも耐久性に優れた炭素膜被
覆部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来からガス窒化法，イオン窒化法，ア
ークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法など表面改質法
により金属部材の表面性状を改善し低摩耗化を図った部
材，さらには浸炭焼入れ法，窒化法，高周波焼入れ法，
炎焼入れ法などの表面硬化処理により鉄鋼材の表面層を
硬化して耐摩耗特性を向上させた部材が広範囲の技術分
野で使用されている。
【０００３】一方、近年、ダイヤモンドに近似した高い
硬度と極めて低い摩擦係数とを有するアモルファス炭素
の被膜を金属基材表面に一体に形成した部材が機械工具
や部品材料として広く普及している。
【０００４】例えば、特開平５−２７９８５４号公報に
はこの種のダイヤモンド膜の形成方法が開示されてい
る。具体的には基材表面に、炭素化合物をイオン化蒸着
してパターン化したダイヤモンド状炭素膜を形成し、し
かる後に、気相合成法によって所定厚さのダイヤモンド
膜を一体に形成する方法を採用しており、この形成方法
によれば、基材表面とダイヤモンド膜との密着性が高め
られ、かつダイヤモンド膜を緻密かつ平坦に形成でき
る。このようなダイヤモンド膜で工具を被覆した場合に
は、ダイヤモンド膜を工具表面に強く密着させることが
でき、工具の耐摩耗性を向上させることが可能とされて
いる。
【０００５】一方、コンピュータやモバイル機器に代表
される情報機器の発展に伴い、それら機器の主要構成デ
バイスとなる半導体集積回路には集積度の向上による高
速処理化および小型化が一層強く要求されるようになっ
てきている。半導体デバイスの製造時には、性能確保の
面から原料はもとより製造工程段階においても不純物の
混入を極度に嫌うため、クリーンルームのような作業雰
囲気を高度に浄化した清浄環境下で各製造工程が進めら
れる。言うまでもなく、これらの半導体製造装置を構成
する各部材についても、不純物の発生がないことが必要
とされている。
【０００６】また、半導体製造工程におけるイオン注
入、ドライエッチング、ＣＶＤスパッタリング、ＣＶＤ
に代表されるウェハーの処理工程は、チャンバと呼ばれ
る高真空に減圧可能な反応室内で行われる。一般に、こ
のチャンバの構成材としては、設計の自由度が高く、ま
た構造強度に優れるアルミニウム等から成る金属製部材
が用いられている。従来はチャンバ内壁からの金属不純
物の発生は問題とされなかったが、半導体集積回路の集
積度が向上するに伴って、より高レベルの純度基準を満
たす必要に迫られており、チャンバにも不純物汚染が少
ないという材料特性が求められている。
【０００７】不純物汚染の少ない材料としては黒鉛材料
が知られているが、一般の黒鉛材料は多孔性であり、高
真空を達成することが困難であるうえ、粒子脱落によっ
てパーティクルが発生し易く、このパーティクル汚染に
よる集積回路の短絡やオープン不良を招く場合がある。
【０００８】一方、気体不透過性を有する均質なカーボ
ン材料として、近年、ガラス状カーボンが半導体製造装
置用部材として使用されている。このガラス状カーボン
は、不純物汚染が極めて少ないばかりでなく、その均一
で連続的な結晶組織構造に起因してパーティクルの発生
が少ない特徴がある。
【０００９】また半導体製造装置用部材の具体的な一例
としてダミーウェハーがある。このダミーウェハーはＬ
ＳＩやＶＬＳＩ製造工程における治具や機器類の動作試
験およびラインの清浄化を目的として、シリコンウェハ
ーの代替材として使用される。
【００１０】ＬＳＩやＶＬＳＩ等の半導体製造プロセス
においては、化学的蒸着法（ＣＶＤ）や物理的蒸着法
（ＰＶＤ）、スパッタリング法等によってシリコンウェ
ハーに成膜する工程が重要な位置を占めており、成膜さ
れた薄膜は、高い均質性が要求されている。そのため、
成膜工程での品質管理や薄膜の評価は半導体製造プロセ
スに不可欠な要素である。
【００１１】上記成膜工程での品質管理および薄膜の評
価にはダミーウェハーが用いられる。具体的には、成膜
時間やウェハー温度等の成膜条件と、ウェハー上に形成
される膜の厚さとの関係を測定したり、膜の純度分析等
をダミーウェハーを用いて行っている。また、ダミーウ
ェハーは、スパッタリングにおいて構成部品からの膜剥
れによるパーティクルの発生を防止するためのダミース
パッタ用としても使用されている。
【００１２】半導体製造工程におけるスパッタリング、
ＣＶＤ、ドライエッチング、イオン注入に代表されるウ
ェハーへの成膜処理工程は、チャンバと呼ばれる高真空
に減圧可能な反応室内で行われる。一般に、この成膜装
置で使用されるダミーウェハーとしては、不純物汚染が
少なく、歩留り低下を招くパーティクルの発生が少ない
単結晶シリコンウェハーが使用されている。なお、シリ
コンウェハーの厚さは通常０．７２５ｍｍ程度に設定さ
れている。
【００１３】上記のような成膜工程においてシリコンウ
ェハーをダミーウェハーとして用いた場合、ウェハーに
付着した各種の膜を薬液や機械的方法（例えばポリシン
グ）により除去してシリコンウェハーを再生し、再利用
している。また、近年は特開平１０−２７０４３３号公
報または特開平１１−１０２８４７号公報にあるような
ガラス状炭素板を用いたダミーウェハーも開発されてい
る。しかしながら、ガラス状炭素を板材として使用する
には、ガラス状炭素の焼結体を作り必要なサイズに研削
加工することが必要である。ガラス状炭素の板材（焼結
体）を研削するにはダイヤモンド加工機を使用せねばな
らず、コストアップの要因となっていた。
【００１４】また半導体製造装置用部材の具体的な一例
としてプローブピン（プローブ針）やソケット用コンタ
クト（接触子）がある。これらのプローブピンや接触子
は半導体集積回路（ＬＳＩ）等の半導体装置が正常に動
作するかどうかを検査する検査装置に用いられる。例え
ば、図４（ａ）に示すように、プローブピン３０は特開
平１０−２２１３６６号公報にあるようにＲｅ−Ｗ合金
線の先端部を先鋭化させて形成されており、基板３７上
に形成されたＡｌ電極パッド３８に先端部を当接せしめ
てテスト回路と電気的に接続することにより、電子機器
あるいは半導体パッケージの電気的諸特性の測定を行う
ものである。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記Ｒ
ｅ−Ｗ合金線からなる従来のプローブピンにおいては、
耐摩耗性や強度が十分ではなく、電極部に接触させる動
作を繰返しているうちに先端部が摩耗したり、変形した
りして形状精度が低下してしまう問題点があった。さら
に先端部に電極の金属成分や半田の金属成分が凝着し易
いため、接触抵抗値が増大し、検査精度が低下し易くな
る上に、プローブピンの寿命が短縮されるという問題点
があった。
【００１６】一方、前記のような純粋なダイヤモンド膜
（ＤＬＣ膜：Diamond-Like Carbon膜）を機械部品や工
具のように過酷な条件で使用する部材に適用すべく、そ
の膜厚を大きく設定すると、ダイヤモンド膜に内在する
応力が非常に高くなるため、短期間でフレーキング剥離
を生じてしまうという致命的な欠点を有していた。
【００１７】上記フレーキング剥離した被膜は微粉化し
て半導体製品に付着して製品の製造歩留りを低下させる
大きな原因のひとつとなっている。
【００１８】また半導体デバイスを製造する工程で用い
られるウェハー処理装置において、特にプラズマ，イオ
ンビームまたは電子シャワーなどのエネルギー線が照射
される部材は、エネルギー線によって部材の構成成分が
分離されてウェハーに混入し、ウェハーに純度的な悪影
響を与える場合が多い上に、部材自体が劣化し易いため
に、装置の耐久性が低くなる問題点もあった。
【００１９】さらに、イオン注入処理，ドライエッチン
グ処理，スパッタリング処理に代表されるようなウェハ
ーや液晶表示（ＬＣＤ）基板の処理工程においては、ウ
ェハーやガラス基板を搬送する搬送装置や多数のウェハ
ーを保持するウェハーカセットなどが不可欠である。こ
れらの装置やカセットではウェハーなどの半導体製品が
摺動する摺動部が必ず存在する。
【００２０】しかしながら半導体集積回路の集積度およ
び液晶表示デバイスの画素数が向上するに伴って、半導
体製造装置の摺動部における半導体製品の擦れ等によっ
て発生するパーティクル（微細粒子）の影響が顕著にな
っており、半導体製品の製造歩留りをより高めるために
パーティクルを低減することが技術上の課題になってい
る。
【００２１】一方、前記のようにはガラス状カーボンを
半導体製造装置用部材として使用した場合は、下記のよ
うな難点がある。すなわち、ガラス状カーボンは、加工
性に乏しく高価である。またガラス状カーボンは、大き
な肉厚を有する材料を得ることが困難であり、ウェハー
の大面積化によってさらに大型化していくチャンバにお
いては、高真空下で安定した状態で使用できるものを提
供することは極めて困難であるという問題点がある。
【００２２】一方、前記のような純粋なアモルファス炭
素のみから成る被膜（以下「純アモルファス炭素膜」と
いう。）を形成した部材によれば、低摩擦係数で耐摩耗
性に優れているものの、機械部品や工具の使用環境のよ
うな過酷な条件で使用することを考慮して膜厚を大きく
確保しようとすると、被膜の内部応力が高くなってフレ
ーキング剥離を生じ易い。そのため、使用用途が狭い範
囲に限定されてしまう問題点もあった。
【００２３】また、成膜工程においてシリコンウェハー
をダミーウェハーとして用いて成膜した場合、ウェハー
に付着した各種の膜を除去し再生するためにダミーウェ
ハーを強酸溶液に浸漬すると、シリコンウェハー自体が
酸溶液中に溶出して短期間に薄くなり、シリコンウェハ
ーの厚さ管理下限値である０．６ｍｍを下回って再使用
できなくなるという欠点があった。
【００２４】また、酸溶液に浸漬されることによりウェ
ハーが薄くなり、強度が不足して、破損が生じる場合も
あった。さらに、膜除去をポリッシングのような機械的
方法によって実施した場合には、シリコンウェハーも同
時に研磨されるため、シリコンウェハーの厚さが薄くな
ってウェハー厚さ下限値以下となり、繰り返し使用が不
可能となってしまうという欠点もあった。ケミカルメカ
ノポリッシング（ＣＭＰ）にような化学的な（薬品を使
った）ポリッシングにおいても同様の不具合が発生して
いた。
【００２５】また、ダミーウェハーが、例えば半導体デ
バイスを製造する工程のようにプラズマ、イオンビーム
または電子シャワーなどのエネルギー線が照射されるウ
ェハー処理装置において使用される場合は、プラズマ等
のエネルギー線によって構成成分が分離されてウェハー
に混入しウェハーに純度的な悪影響を与える材料は使用
することができない。
【００２６】さらに、半導体集積回路の集積度および液
晶表示デバイスの画素数が向上するに伴って、半導体製
造装置の摺動部における半導体製品の擦れ等によって発
生するパーティクル（微細粒子）の影響が顕著になるた
め、ダミーウェハーの材料には搬送部品との接触によっ
てパーティクルが発生するような材料は使用できない。
【００２７】このように、ダミーウェハーの材料には、
ウェハーの品質に影響を与えない材質を使用しなければ
ならないという制約もあり、耐薬品性や耐久性をも備え
た適切な材料が模索されている。
【００２８】一方、シリコン製のダミーウェハーの代替
として、ＣＶＤ製法によるＳｉＣ製ダミーウェハーやガ
ラス状カーボン製のダミーウェハーを使用している場合
もあるが、ＳｉＣやガラス状カーボンは、加工性に乏し
く高価である。また、これらの材料を使用した場合で
は、１２インチ級の大面積のウェハーを得ることは困難
である。
【００２９】例えば、シリコンと材質が異なるダミーウ
ェハーを使用する場合、品質管理や薄膜の評価プロセス
において、位置センサーによる検知が不可能であり、ま
た、真空下で安定した状態で使用できるものを提供する
ことは極めて困難であるという問題点があった。
【００３０】一方、ウェハー基材の表面に純粋なアモル
ファス炭素のみから成る被膜を形成した部材によれば、
低摩擦係数で耐摩耗性に優れているものの、耐薬品性や
耐摩耗性を求めて過酷な条件で使用することを考慮して
膜厚を大きく確保しようとすると、被膜の内部応力が高
くなってフレーキング剥離を生じ易い。そのため、使用
用途が狭い範囲に限定されてしまう問題点もあった。
【００３１】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、特に低摩耗性，耐摩耗性に優れ、過酷な
条件下で使用された場合においても、剥離や発塵や劣化
が少なく半導体製品に対して悪影響を及ぼすことが少な
く、しかも耐久性に優れた炭素膜被覆部材としての半導
体製造装置用部材を提供することを第１の目的とする。
【００３２】また本発明は、ダミーウェハーの再生利用
性を高め、酸洗いや機械研磨等の過酷な条件下で膜除去
を繰り返し行って使用しても、ウェハー基材の損耗がな
く、半導体製品に対して悪影響を及ぼす剥離や発塵によ
るパーティクルの発生がなく、しかも耐久性に優れたダ
ミーウェハーを提供することを第２の目的とする。
【００３３】さらに本発明は、耐摩耗性や強度に優れ、
接触動作を繰返しても摩耗、変形、接触抵抗値の変化が
少なく、長期間にわたり半導体製品の検査精度を高く維
持できる長寿命のプローブピンを提供することを第３の
目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明者らは、被膜の特性を改善するために鋭意検
討を行った。その結果、特にアモルファス炭素からなる
マトリックス中に特定の金属および／または金属炭化物
を含有した被膜（以下、「金属（金属炭化物）含有アモ
ルファス炭素膜」という。）を基材表面の少なくとも一
部に形成した部材を調製したときに、被膜の内部応力が
大幅に緩和され、被膜と基材との密着性および接合強度
が改善されて被膜のフレーキング（Ｆｌａｋｉｎｇ）現
象による剥離が抑制され、低摩擦特性，耐摩耗性，耐食
性、耐久性などに優れた炭素膜被覆部材が得られた。
【００３５】そして特に上記部材をウェハーやガラス基
板処理装置内でプラズマ，イオンビームまたは電子シャ
ワーなどのエネルギー線の照射を受ける半導体製造装置
用部材に適用したときには、エネルギー線による部材構
成成分の分離が少なくウェハー等を汚染することがな
く、しかも部材自体の劣化も少なく、半導体デバイスや
液晶表示デバイスの製造歩留りを効果的に向上させるこ
とができるという知見を得た。
【００３６】また、上記被膜を形成した部材を、ウェハ
ーやガラス基板の搬送装置における摺動部の構成材とし
て使用したときに、半導体製品に対する部材の摩擦係数
が小さく、しかも摩擦によって発生するパーティクル数
を大幅に低減でき、パーティクルによる欠陥を防止で
き、半導体製品や液晶表示デバイスの製造歩留りを効果
的に向上させることができるという知見を得た。
【００３７】また本発明者らは、ダミーウェハーの被膜
に着目し、この被膜の特性を改善するために鋭意検討を
行った。その結果、特にアモルファス炭素からなるマト
リックス中に特定の金属および金属炭化物を含有した被
膜（以下、「金属（金属炭化物）含有アモルファス炭素
膜」という。）をウェハー基材表面の少なくとも一部に
形成したところ、被膜と基材との密着性および接合強度
が改善されて被膜の剥離が抑制され、耐薬品性，低摩擦
特性，耐摩耗性，耐久性などに優れたダミーウェハーが
得られた。
【００３８】そして、特にこのダミーウェハーをプラズ
マ，イオンビームまたは電子シャワーなどのエネルギー
線の照射を受けるウェハーやガラス基板処理装置に適用
したところ、エネルギー線によるウェハー基材の構成成
分の分離が少なく、従ってウェハー等が汚染されること
がなく、しかもウェハー基材自体の劣化も少なく、その
結果、半導体デバイスや液晶表示デバイスの製造歩留り
を効果的に向上させることができるという知見を得た。
【００３９】また、金属（金属炭化物）含有アモルファ
ス炭素膜を形成したダミーウェハーを、ウェハーやガラ
ス基板の処理装置に使用すると、ウェハー搬送部品に対
するウェハーの摩擦係数が小さく、しかも摩擦によって
発生するパーティクル数を大幅に低減でき、パーティク
ルによる欠陥を防止し、その結果、半導体製品や液晶表
示デバイスの製造歩留りを効果的に向上させることがで
きるとの知見を得た。
【００４０】また、上記被膜を形成した部材を、半導体
製品検査装置のプローブピンやソケット用コンタクトの
構成材として使用したときに、耐摩耗性や強度に優れ、
接触動作を繰返しても摩耗、変形、接触抵抗値の変化が
少なく、長期間にわたり半導体製品の検査精度を高く維
持できる長寿命のプローブピン等が得られるという知見
を得た。
【００４１】本発明は上記知見に基づいて完成されたも
のである。すなわち、本発明に係る炭素膜被覆部材は、
アモルファス炭素から成るマトリックス中に金属および
／または金属炭化物を含有した被膜を基材表面の少なく
とも一部に形成した炭素膜被覆部材において、前記被膜
を構成する金属（Ｍ）の炭素（Ｃ）に対する原子比（Ｍ
／Ｃ）が０．０１〜０．７の範囲であることを特徴とす
る。
【００４２】従来から使用されている純アモルファス炭
素膜は、ダイヤモンドに似た性質を有した緻密な膜構造
を有するため、薬品の浸透性がなく、しかもきわめて低
い摩擦係数と高い硬度とを有しているが、フッ酸などの
強酸に浸漬して、炭素膜上に形成した他の膜の除去を行
ったり、機械的な強制力で膜除去したり、機械部品や工
具のように過酷な条件下での使用を考慮して膜厚を大き
く設定しようとすると、被膜に内在する応力が非常に大
きくなるため、フレーキング剥離を起こし易いという欠
点を有していた。
【００４３】そこで本発明に係る炭素膜被覆部材では、
アモルファス炭素から成るマトリックス中に金属および
／または金属炭化物を含有させて前記内部応力を緩和
し、被膜に生じるフレーキングを効果的に抑制してい
る。そのため、被膜の厚さを３０５μｍ程度まで厚くし
た場合においても内部応力の上昇は少なく、基材に対し
て優れた密着強度を維持する。したがって、特に過酷な
条件で使用される摺動部材や工具等の場合には、従来よ
り厚膜の仕様で使用することも可能である。
【００４４】また本発明において、前記マトリックス中
に含有する金属および／または金属炭化物としては、ア
モルファス炭素から成るマトリックスの応力緩和作用を
発揮するものであれば、特に限定されないが、モリブデ
ン（Ｍｏ），タングステン（Ｗ），タンタル（Ｔａ），
ニオブ（Ｎｂ），シリコン（Ｓｉ），ボロン（Ｂ），チ
タン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ）およびこれら元素の炭化
物から選択される少なくとも１種を用いることが好まし
い。
【００４５】また金属炭化物としては、Ｗ−Ｃ，Ｔａ−
Ｃ，Ｂ−Ｃ，Ｎｂ−Ｃ，Ｔｉ−Ｃなどが好適に使用でき
る。これらの金属および／または金属炭化物は、粒径が
微細なナノメータレベルの微細粒子としてアモルファス
炭素のマトリックス中に分散させることが望ましい。
【００４６】上記金属および／または金属炭化物を構成
する金属元素としては、特にＷおよびＴａが、優れた耐
薬品性、耐摩耗性，低摩擦係数性，耐久性を発揮するた
めに好ましい。一方、Ｂは良好な特性を発揮し得るが、
組成範囲が狭くなる点でやや難点がある。さらに、材料
コストを低減する観点からは、特にＴｉが好ましい。
【００４７】また本発明において、前記金属やその炭化
物から成る粒子状物質が分散した被膜の厚さが５μｍ以
下であることが好ましい。
【００４８】なお、上記皮膜の厚さは、炭素膜被覆部材
の略中央部を通る平面で切断した断面部の膜厚を拡大し
て測定する。この場合、略中央部、中央部から両外周部
に向かっての略９０％の距離に位置する３箇所について
５回ずつ測定した結果の平均値とする。
【００４９】なお、従来の純アモルファス炭素のみから
成る被膜においては、内部応力が２〜６ＧＰａ／μｍ程
度まで大きくなってフレーキングを起こし易いために、
膜厚もせいぜい１μｍ程度までに制限されていたが、本
発明のように内部応力を緩和する金属および／または金
属炭化物が含有されている被膜においては、５μｍ程度
まで厚く形成した場合においても、内部応力は１．５Ｇ
Ｐａ／μｍ以下に抑制できるため、より膜厚を大きくし
て耐久性を増し、過酷な使用条件下で使用する部材にも
適用することができる。
【００５０】上記被膜の内部応力の関係で被膜の厚さは
５μｍ以下とされるが、実用的には２〜３μｍの範囲が
好適である。なお、粒子状物質としてＣｒを分散させる
場合には被膜厚さを３０μｍ程度まで高めることが可能
である。
【００５１】また、本発明において、前記被膜内に含有
される金属（Ｍ）の炭素（Ｃ）に対する原子比（Ｍ／
Ｃ）が０．０１〜０．７の範囲であることが好ましい。
Ｍ／Ｃの原子比が上記範囲内である場合に、基材との密
着力が高く、耐薬品性や耐摩耗性が優れた被膜組成が得
られる。
【００５２】特に、上記被膜を形成した炭素膜被覆部材
が半導体製造装置用部材であり、他の部品または部材と
接触して摺動する摺動部を構成する場合には、上記被膜
内の原子比（Ｍ／Ｃ）を０．１〜０．５の範囲とするこ
とにより、特に優れた耐摩耗性が得られる。
【００５３】また炭素膜被覆部材がウェハー基材表面に
被膜を形成したダミーウェハーである場合には、金属成
分量を低減して耐食性を高めることが望ましい。この場
合、前記被膜内の金属（Ｍ）の炭素（Ｃ）に対する原子
比（Ｍ／Ｃ）は０．０５〜０．２の範囲であることがよ
り好ましい。
【００５４】さらに、炭素膜被覆部材が基材表面に被膜
を形成したプローブピンである場合には、金属成分量を
増加させて適度な導電性および抵抗値を確保すると共
に、接触する相手材や半田との凝着を防止できる耐凝着
性を高めることが望ましい。この場合、前記被膜内の金
属（Ｍ）の炭素（Ｃ）に対する原子比（Ｍ／Ｃ）は０．
２〜０．７の範囲であることがより好ましい。
【００５５】上記原子比は、金属（金属炭化物）を含有
するアモルファス炭素膜表面をＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロ
アナライザー）で定量分析することにより各元素量を測
定して求めることができる。ここで、金属量は単体で存
在する金属量と炭化物として存在する金属の量の合計量
であり、炭素量は金属炭化物を構成する炭素の量とアモ
ルファス炭素の量との合計量である。
【００５６】さらに被膜を一体に形成するための基材と
しては、被膜形成時の処理温度である２００℃以下の温
度に耐える材料であれば、特に限定されず、鉄鋼材料、
例えば半導体製造装置用部材に使用されるアルミニウ
ム，チタンまたはその合金やステンレス鋼，黒鉛やシリ
コンなどの非鉄材料，酸化物，窒化物，炭化物またはホ
ウ化物よりなるセラミックス材料、ガラス材料、樹脂材
料などが好適に使用できる。しかしながら、粒子状金属
をアモルファス炭素中に分散させるためにスパッタリン
グ法を多く採用するため、ある程度の導電性を有する基
材を使用することが好ましい。
【００５７】また、本発明において、前記被膜と基材と
の間に、金属，窒化物，炭化物またはホウ化物から成る
単層または複数層の中間層を形成することにより、被膜
と基材との接合強度を、より高め耐久性に優れた炭素膜
被覆部材を形成することができる。
【００５８】上記の中間層は基材と金属（金属炭化物）
含有アモルファス炭素膜の種類によって適宜選択するこ
とが可能であり、金属，窒化物，炭化物またはホウ化物
から成る単層の中間層あるいはこれらを積層したもの、
例えば基材側に金属層を形成しその上層に窒化物，炭化
物またはホウ化物からなる層を形成した後、金属（金属
炭化物）含有アモルファス炭素膜を形成するような積層
構造としても良い。
【００５９】上記中間層としては、予め基材表面に形成
した金属めっき層，窒化層，浸炭処理層などを採用する
ことができる。また金属薄膜から成る中間層をスパッタ
リング法により基材表面に形成して、炭素被膜の密着性
を向上させることも可能である。特に、中間層に炭化物
を用いることにより、たとえ金属（金属炭化物）含有ア
モルファス炭素膜にピンホールなどの欠陥が存在したと
しても、例えばエッチングの際のエッチャントによる基
材の腐食を防止することができ好ましい。
【００６０】本発明に係る炭素膜被覆部材としての半導
体製造装置用部材、ダミーウェハー、プローブピン等
は、例えば下記の手順で容易に製造することが可能であ
る。すなわち、アモルファス炭素の原料となるアセチレ
ンなどの炭化水素ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスとを充填
したスパッタリング装置の反応容器内に、金属および／
または金属炭化物の材料となる金属または金属炭化物の
ターゲットと、主として金属等から成る基材とを対向す
るように配置する。
【００６１】この状態でマグネトロンスパッタリングを
実施することにより、炭化水素ガスが分解して生成した
炭素成分を含む反応ガスが基材表面に蒸着すると同時
に、Ａｒイオンの衝突によりターゲットからはじき出さ
れた微細な金属や金属炭化物の粒子が蒸着したアモルフ
ァス炭素膜中に混入する。アモルファス炭素膜中の金属
または金属炭化物の混入量の調整は、マグネトロンスパ
ッタ時の入力電圧、バイアス電圧、回転テーブルの回転
速度、または反応容器内の炭化水素ガスの濃度などを変
えることにより調整できる。また、炭化水素ガスは、ア
セチレンの他、メタン、エタン、ベンゼンなどを使用す
ることもできる。
【００６２】その結果、アモルファス炭素から成るマト
リックス中に金属および／または金属炭化物が含有した
被膜が基材表面上に一体に形成されて、本発明の炭素膜
被覆部材としての半導体製造装置用部材等が得られる。
【００６３】上記構成に係る炭素膜被覆部材によれば、
アモルファス炭素から成るマトリックス中に金属および
／または金属炭化物が含有した被膜を基材表面の少なく
とも一部に形成しているため、マトリックスとなるアモ
ルファス炭素の耐摩耗性および低摩擦特性が発揮される
と同時に、アモルファス炭素の内部応力が、含有される
金属および／または金属炭化物によって効果的に緩和さ
れる結果、被膜の剥離や発塵が少なく、優れた耐久性が
発揮される。
【００６４】特に本発明の炭素膜被覆部材を半導体製造
装置におけるエネルギー線の照射部や摺動部を構成する
部材として使用した場合には、当該部材の劣化や剥離や
摺動によるパーティクルの発生（発塵）が少ないため、
半導体製品を高い製造歩留りで安定的に製造することが
できる。
【００６５】具体的には、本発明に係る炭素膜被覆部材
としての半導体製造装置用部材等は、ウェハー処理装置
またはガラス基板処理装置において、プラズマ，イオン
ビームまたは電子シャワーなどのエネルギー線の照射を
受ける装置用部材、より具体的にはエッチング装置，ス
パッタリング装置，ＣＶＤ装置またはイオン注入装置、
さらにはウェハー搬送装置またはガラス基板搬送装置に
おいて、半導体部品または装置用部材と接触して摺動す
る摺動部に使用することができる。
【００６６】なお、本発明の目的を達成することが可能
である限り、本発明は上記用途に限らず各種半導体製造
装置用部材、摺動材等に適用することが可能である。ま
た本発明に係る炭素膜被覆部材は、光ディスク、磁気デ
ィスクなど各種成膜装置用のダミーウェハーにも適用す
ることが可能である。また、その他の用途して、台所用
品、温水栓部品（蛇口部品）、工作機械用部材、自動車
部品などの一般民生用部材または工業用部材など様々な
用途に使用可能である。
【００６７】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態について以
下の実施例および比較例に基づいて具体的に説明する。
【００６８】実施例１〜３ 予め表面に窒化層を形成したＳＵＳ３０４製の基材表面
に、マグネトロンスパッタリング法により表１に示す組
成，膜厚を有し、粒子状物質を分散させた被膜を形成し
て各実施例に係る炭素膜被覆部材としての半導体製造装
置用部材を調製した。
【００６９】各実施例に係る半導体製造装置用部材１
は、図１に示すように、ＳＵＳ３０４から成る基材２表
面に中間層３としての窒化層（ＣｒＮ）が形成されてお
り、この窒化層の表面側に、アモルファス炭素４から成
るマトリックスと、そのマトリックス中に含有（分散）
した金属および／または金属炭化物５とから成る被膜６
が一体に形成された層構造を有している。
【００７０】比較例１ 一方、実施例１において金属および／または金属炭化物
を含有させない点および被膜の厚さを１μｍとした点以
外は実施例１と同様に処理し、アモルファス炭素のみを
蒸着させて比較例１に係る半導体製造装置用部材を調製
した。
【００７１】次に上記のように調製した各実施例および
比較例に係る部材を、ウェハー処理装置におけるプラズ
マ照射部を構成する部材として組み込み、積算電力量５
００ｋｗｈに亘ってウェハーを処理した。
【００７２】そして、処理した各ウェハーについてパー
ティクルカウンタ（ＷＭ−３）によって付着したパーテ
ィクル量を測定し、不純物パーティクルが規定値以上で
あったウェハー数の割合を全ウェハー数から差し引き、
製品となり得る合格ウェハーの製造歩留りを算出した。
【００７３】また、部材表面に形成した被膜の剥離が観
察されるまでの時間を部材の寿命として計測した。なお
各実施例に係る部材の寿命は、比較例１の部材寿命を基
準値（１００）として相対的に表示した。測定結果を下
記表１に示す。
【００７４】
【表１】
【００７５】上記表１に示す結果から明らかなように、
Ｗ，Ｔａ，Ｂから成る粒子状物質を分散したアモルファ
ス炭素から成る被膜を形成した各実施例の部材において
は、比較例１と比較して部材の劣化やパーティクルの発
生量が少ないため、製品としてのウェハーの製造歩留ま
りを改善できることが判明した。
【００７６】特に各実施例の部材においては、被膜の内
部応力が粒子状物質によって緩和されるため、３μｍと
厚く形成した場合においても、長期間剥離を生じること
がなく、優れた寿命（耐久性）が得られることも確認で
きた。すなわち、純アモルファス炭素膜のみを形成した
従来例と比較して部材寿命を２．１倍から３．５倍にも
延ばすことが可能になった。
【００７７】一方、純粋なアモルファス炭素のみからな
る被膜を蒸着させた比較例１に係る部材においては、被
膜内での応力値が高くなるため、１μｍまでと薄い被膜
しか形成できないことに由来して耐久性が低くなること
が再確認できた。
【００７８】実施例４〜６ 半導体製造装置としてのウェハー搬送装置に付設され、
複数枚のウェハーを挿入して保持するアルミニウム合金
製のオープン型ウェハーカセットを図２に示すようにそ
れぞれ調製した。この図２に示すウェハーカセット１１
は、上プレート１２と下プレート１３とから成る一対の
略円形状のプレート間に対向するように一対の支持壁１
４を配設して構成され、各支持壁１４の内側面にはウェ
ハー１５の周縁部を挿入して保持するための保持溝１６
がウェハー１５の枚数分だけ刻設されている。そして複
数枚の円板状のウェハー１５を、保持溝１６に摺動させ
て挿入して多段に収納した状態で、各半導体製造装置間
を搬送するために使用される。
【００７９】このウェハーカセット１１の保持溝１６に
ウェハー１５を挿入し、また保持溝１６から取り出す際
には、ウェハー１５が摺動するため、保持溝１６の摺動
には高い平滑性および耐摩耗性が要求される。
【００８０】上記のように調製した基材としてのウェハ
ーカセットの保持溝表面に、表２に示す組成，膜厚を有
し、粒子状の金属および／または金属炭化物を含有させ
た被膜を形成して各実施例に係る炭素膜被覆部材として
のウェハーカセットをそれぞれ製造した。
【００８１】比較例２〜３ 一方、実施例４において、粒子状物質を被膜中に含有さ
せずにアモルファス炭素のみから成る厚さ１μｍの被膜
を形成した点以外は実施例４と同様に処理して同一寸法
を有する比較例２に係るウェハーカセットを製造した。
また被膜自体を形成しない比較例３のウェハーカセット
を用意した。
【００８２】上記のように調製した各実施例および比較
例のウェハーカセットの保持溝にウェハーを１２００回
に亘り挿入と取出しを繰り返した。そして各ウェハーに
ついてパーティクルカウンタによって付着したバーティ
クル量を測定し、不純物パーティクルが規定値以上であ
ったウェハー数の割合から、製品となり得る合格ウェハ
ーの製造歩留りを算出した。
【００８３】また、保持溝表面に形成した被膜の剥離が
観察されるまでの時間を部品の寿命として計測した。な
お各実施例および比較例に係る部材の部品寿命は、比較
例３の部品寿命を基準値（１００）として相対的に表示
した。測定結果を下記表２に示す。
【００８４】
【表２】
【００８５】上記表２に示す結果から明らかなように、
金属および／または金属炭化物を含有させたアモルファ
ス炭素から成る被膜をウェハーカセットの摺動部となる
保持溝表面に形成した各実施例に係るウェハーカセット
によれば、ウェハーに純度的な悪影響を与えることが少
なく耐久性に優れた耐摩耗部材が得られた。したがって
本実施例のような被膜を形成した部材を半導体製造装置
の摺動部に使用することにより、常に安定した状態で、
パーティクルや発塵による欠陥が少ない半導体デバイス
や液晶表示デバイスを高い製造歩留りで量産することが
可能になる。
【００８６】一方、粒子状物質を含有しない純アモルフ
ァス炭素膜を形成した比較例２においては、膜応力が高
いため膜厚は最大でも１μｍと薄くせざるを得ず、被膜
の耐久性が低いことが再確認できた。また被膜自体を設
けない比較例３では、勿論パーティクル発生数が急増し
実用に耐えないことが明白であった。
【００８７】実施例７および比較例４〜６ 次に、ＳＵＳ３０４製の平板上に、表３に示すように、
Ｗ含有アモルファス炭素，純アモルファス炭素，ＭｏＳ
２（二硫化モリブデン），ＴｉＮ（窒化チタン）から成
るコーティング膜を、表３に示す実用的な膜厚範囲で形
成した部材をそれぞれ調製し、それらの膜厚範囲におけ
る摩擦係数，内部応力およびビッカース硬度（Ｈｖ
０．０５）の変動範囲を測定して下記表３に示す結果を
得た。
【００８８】
【表３】
【００８９】上記表３に示す結果から明らかなように、
実施例７で使用したＷ金属（金属炭化物）含有アモルフ
ァス炭素膜の摩擦係数は、純アモルファス炭素膜よりや
や増加しているが、従来のＭｏＳ２から成る潤滑層と同
等の水準であり、摺動特性は良好である。
【００９０】また被膜の内部応力に関しては、純アモル
ファス炭素膜から成る比較例４の被膜では膜応力が高い
ため、膜厚は１μｍ程度に制限されるのに対して、金属
（金属炭化物）含有アモルファス炭素膜から成る実施例
７の被膜では５μｍ程度のより厚い膜とすることが可能
である。したがって、より過酷な条件下で使用される工
具等までに適用範囲を拡大することが可能である。なお
硬度に関しては、実施例７の被膜では８００〜２２００
Ｈｖという値が得られており、半導体製造装置の構成部
材として実用上要求される耐摩耗性は充分に得られてい
る。
【００９１】実施例８〜１０および比較例７ 超硬合金から成る切削工具の表面に、表４に示す金属
（金属炭化物）含有アモルファス炭素膜および純アモル
ファス炭素膜をマグネトロンスパッタリング法により一
体に形成し、それぞれ各実施例および比較例に係る切削
工具部材を調製した。
【００９２】これらの切削工具を実際に工作機械に取り
付け、工具表面に形成した被膜が剥離するまでの延べの
加工時間を測定して工具寿命とした。なお工具寿命は比
較例７に係る切削工具の寿命を基準値（１００）として
相対的に示した。測定結果を下記表４に示す。
【００９３】
【表４】
【００９４】上記表４に示す結果から明らかなように、
所定の金属および／または金属炭化物をアモルファス炭
素マトリックス中に含有（分散）した被膜を一体に形成
した各実施例に係る切削工具においては、比較例７と比
較して、被膜の密着性が優れているため、工具寿命が
２．３〜３．７倍も大幅に延伸され優れた耐久性を有す
ることが判明した。
【００９５】以上の各実施例においては、金属（金属炭
化物）含有アモルファス炭素膜を形成した炭素膜被覆部
材を、半導体製造装置を構成する部材および切削工具に
適用した例を説明しているが、本発明に係る炭素膜被覆
部材は上記用途には限定されず、以下のように、特に焼
付き現象や凝着現象を抑制すべき構造部品であり、さら
には特に耐薬品性や、低摩擦性および耐摩耗性の両特性
を満足すべき部材にも適用できることは言うまでもな
い。
【００９６】次に本発明に係る炭素膜被覆部材をダミー
ウェハーに適用した実施形態について以下の実施例およ
び比較例に基づいて具体的に説明する。
【００９７】実施例１１〜１６ ８インチ単結晶シリコンウェハー表面に、表５に示す組
成、膜厚を有する被膜を形成したダミーウェハー１を、
マグネトロンスパッタリング法により製造した。被膜中
には表５に示す成分（およびその炭化物）が粒子状物質
として分散している。
【００９８】実施例１１〜１６に係るダミーウェハー２
１は、図３に示すように、単結晶シリコンからなるウェ
ハー基材２２表面に中間層２３としての炭化物（ＷＣ）
層が形成されており、この炭化物層２３の表面側に、ア
モルファス炭素２４からなるマトリックスと、そのマト
リックス中に分散した金属２５とからなる被膜２６が一
体に形成された層構造を有している。また、被膜をコー
ティングしない単結晶シリコンウェハーを用意し、比較
例８のダミーウェハーとした。また、Ｍ／Ｃ原子比を
０．８にした以外は実施例１１と同様に処理して比較例
９のダミーウェハーとした。
【００９９】次に、各ダミーウェハーについて、酸によ
る膜除去作業時の耐薬品性を調査した。すなわち、上記
のように調製した実施例１１〜１６および比較例８〜９
に係るダミーウェハーを、フッ硝酸溶液（フッ酸１：硝
酸１：水１０）に５時間浸漬して、酸腐食によるウェハ
ー厚さの変化量を調査して、下記表５に示す結果を得
た。
【０１００】また、実施例１１と実施例１２については
浸漬時間を３０時間にした場合についても測定した。そ
の結果を併せて表５に示す。
【０１０１】
【表５】
【０１０２】上記表５に示す結果に明らかなように、
Ｗ，Ｓｉ，Ｔａなどの金属（金属炭化物）粒子を含有し
たアモルファス炭素被膜を形成した実施例１１〜１６に
係るダミーウェハーでは、含有成分がＷ，Ｓｉ，Ｔａの
いずれの場合も５時間のフッ硝酸溶液浸漬試験では厚さ
の変化を生じることがなく、優れた耐食性を有すること
が判明した。また、膜厚を８μｍ以上にした実施例１１
は３０時間浸漬しても変化が無いことが判明した。この
ことから、より耐食性を要求される適用分野においては
８μｍ以上の膜厚が好ましいと言える。
【０１０３】一方、被膜を形成しなかった比較例８に係
るダミーウェハーでは、５時間のフッ硝酸溶液浸漬試験
により、腐食によって８５μｍの厚さの減少を生じ、繰
り返して使用することが困難であった。また、比較例９
からＭ／Ｃ原子比が０．７を超えて大きいとアモルファ
ス炭素膜の耐食性が低下することが判明した。
【０１０４】このことより、Ｗ，Ｓｉ，Ｔａを粒子状物
質として分散させた被膜を、ダミーウェハー上に形成す
ることにより、ウェハーを繰り返し使用に供する際に行
う酸による膜除去に対する耐性（耐薬品性）が向上され
ることが確認された。
【０１０５】次に上記実施例１１〜１６および比較例８
に係るダミーウェハー２１に、スパッタリング装置でＴ
ｉ／ＴｉＮ層とＡｌ層を交互に成膜し、Ｔｉ／ＴｉＮ層
とＡｌ層との積層膜（スパッタ膜）を５回成膜した。
【０１０６】これら実施例１１〜１６および比較例８の
ダミーウェハーを上述のフッ硝酸溶液に浸漬してスパッ
タ膜を除去してウェハー厚さを測定した。その結果、実
施例１１〜１６ではいずれの実施例においても、膜除去
作業を１０回以上繰り返して実施した場合においてもウ
ェハー厚さに変化を生じなかった。このことは実施例１
１〜１６のダミーウェハーはフッ硝酸溶液による膜除去
作業を１０回以上繰り返し行っても、ウェハー基材自体
には損傷を生じないことを示している。このことから、
本実施例１１〜１６のダミーウェハーは、膜除去を繰り
返し行うことが可能であり、従って、繰り返し使用に十
分耐える耐久性（耐薬品性）を持つダミーウェハーであ
ることが確認された。
【０１０７】一方、比較例８のダミーウェハーではスパ
ッタ膜の除去作業によりウェハー厚さに変化が生じ、５
回の膜除去後に厚さが０．６ｍｍ以下となり、ウェハー
として使用不能になった。
【０１０８】この結果からわかるように、本実施例１１
〜１６に係るダミーウェハーは、フッ硝酸による１０回
以上の繰り返し膜除去を行っても膜厚に変化を生じるこ
とがなく、従って、ダミーウェハーの使用枚数の節約が
でき、コストの削減が可能である。
【０１０９】また、実施例１１〜１６のダミーウェハー
を使用したスパッタ時に、ウェハーから発生するパーテ
ィクルの数を調査したところ、パーティクルの増加は認
められず、被膜なしダミーウェハーをスパッタした際の
パーティクルと比較して大幅に減少していた。すなわ
ち、本実施例１１〜１６のように被膜を形成したダミー
ウェハーは、製品品質に影響を与えるパーティクルの発
生を防止する効果を発揮することが確認された。
【０１１０】従って、本実施例１１〜１６のように被膜
を形成したダミーウェハーを半導体製造装置に使用する
ことにより、常に安定した状態で、パーティクルや発塵
による欠陥が少ない半導体デバイスや液晶表示デバイス
を、高い製造歩留まりで量産することが可能になる。
【０１１１】実施例１７〜２２ ８インチ単結晶シリコンウェハー表面に、マグネトロン
スパッタリング法により表６に示す組成，膜厚，中間層
を有し、粒子状物質を分散させた被膜を形成して実施例
１７〜２２に係るダミーウェハーを製造した。また、被
膜を形成しないシリコンウェハーを比較例１０とした。
【０１１２】上記実施例１７〜２２と比較例１０に係る
ダミーウェハーに、スパッタリング装置でＴｉ／ＴｉＮ
層とＡｌ層を交互に成膜し、Ｔｉ／ＴｉＮ層とＡｌ層と
の積層膜（スパッタ膜）を５回成膜した後、これらをラ
ッピング装置による膜除去（機械的膜除去）に供してウ
ェハーの厚さ変化について調査した。また膜除去作業の
繰り返し可能回数、すなわちウェハーの使用厚さの下限
界厚さである厚さ０．６ｍｍ以下となる膜除去回数につ
いても調査して下記表６に示す結果を得た。
【０１１３】
【表６】
【０１１４】上記表６に示す結果から明らかなように、
実施例１７〜２２のように、金属（金属炭化物）含有ア
モルファス炭素被膜をシリコンウェハーに形成させたダ
ミーウェハーにおいては、含有成分がＷ，Ｓｉ，Ｔａの
いずれの場合も１０回以上の膜除去作業を行った後も厚
さの変化（減少）を生じなかった。また、膜厚を８．７
μｍと８μｍ以上にした実施例１７は２０回以上の膜除
去作業を行った後も厚さの変化（減少）を生じなかっ
た。
【０１１５】一方、被膜を形成しなかった比較例１０に
係るダミーウェハーにおいては、３回の膜除去回数の後
ウェハー厚さが０．６ｍｍ以下となり、ウェハーとして
使用不能となった。
【０１１６】このことより、実施例１７〜２２のように
ダミーウェハー表面に金属（金属炭化物）含有アモルフ
ァス炭素被膜をシリコンウェハーに形成することによ
り、ダミーウェハーの繰り返し使用回数を飛躍的に向上
することができ、再使用率を高めるので、ダミーウェハ
ーに係るコストを低減することができる。
【０１１７】また、実施例１７〜２２に係るダミーウェ
ハーによれば、耐磨耗性に優れたダミーウェハーを提供
することができ、この結果、製品品質に影響するパーテ
ィクルの発生を防止することができるため、製品歩留ま
りの改善を行うことができる。
【０１１８】実施例２３〜２６ 次に、８インチのガラスおよびアルミナ製ウェハー上
に、表７に示すような組成，膜厚，中間層を有する被膜
を形成したダミーウェハーを、マグネトロンスパッタリ
ング法により作製した。また被膜コーティングを施さな
いガラスウェハーを比較例１１、同じく被膜コーティン
グを施さないアルミナウェハーを比較例１２とした。こ
れら実施例２３〜２６および比較例１１、１２のダミー
ウェハーについて希フッ酸溶液（フッ酸１：水１０）に
５時間浸漬して厚さの変化量を調査し、下記表７に示す
結果を得た。
【０１１９】
【表７】
【０１２０】上記表７に示す結果に明らかなように、
Ｗ，Ｓｉからなる粒子状物質を分散させた金属（金属炭
化物）含有アモルファス炭素被膜を形成したウェハー
は、ウェハー基材がガラス製あるいはアルミナ製のいず
れの場合であっても、実施例１１〜１６の場合と同様
に、厚さの変化を生じなかった。
【０１２１】一方、比較例１１、１２に係る被膜を形成
しなかったダミーウェハーでは、ガラス製ウェハーでは
２７μｍ、アルミナ製ウェハーでは１５μｍの厚さ減少
を生じていた。
【０１２２】このことから、本実施例２３〜２６のよう
にウェハー基材がガラス製あるいはアルミナ製であって
も、ウェハー基材の表面に金属（金属炭化物）含有アモ
ルファス炭素被膜を形成することにより耐薬品性を向上
させることが可能であることが確認された。
【０１２３】すなわち、本実施例２３〜２６に係るダミ
ーウェハーにおいては、ウェハー基材がシリコン基材以
外の材質の場合でも、フッ酸による膜除去作業に対する
耐性（耐薬品性）が良好であり、その結果、繰り返し使
用に適したダミーウェハーを提供することが可能である
ため、ダミーウェハー係るコストが少なく、製造コスト
の削減に有効である。また、比較的に加工が容易なガラ
スやアルミナを基材として使用できることからもコスト
削減に効果的である。
【０１２４】また、本実施例２３〜２６のように被膜を
形成したダミーウェハーを半導体製造装置に使用するこ
とにより、常に安定した状態で、パーティクルや発塵に
よる欠陥が少ない半導体デバイスや液晶表示デバイス
を、高い製造歩留まりで量産することが可能になる。
【０１２５】さらに、本実施例２３〜２６のように被膜
を形成したダミーウェハーにおいては、被膜内部に粒子
状物質を備えるので、被膜の内部応力が緩和されるた
め、５μｍ程度と厚く形成した場合においても、薬液に
よる膜剥離を生じることがなく、優れた耐薬品性が得ら
れる。
【０１２６】以上説明の通り、本実施例に係るダミーウ
ェハーによれば、アモルファス炭素から成るマトリック
ス中に金属および／または金属炭化物を含有した被膜
（金属（金属炭化物）含有アモルファス炭素被膜）を、
ウェハー基材の少なくとも一部に形成しているため、ウ
ェハー基材の耐薬品性、耐磨耗性および摩擦特性が向上
し、また、被膜中のアモルファス炭素の内部応力がその
中に含有される金属および金属炭化物によって効果的に
緩和されるので、被膜の剥離や発塵が少なく、優れた耐
久性が発揮される。
【０１２７】また、本実施例に係るダミーウェハーにお
いては、ウェハー基材がガラスやアルミナ製である場合
にも、金属（金属炭化物）含有アモルファス炭素被膜を
設けることにより、耐薬品性、耐磨耗性が向上する。
【０１２８】特に本実施例のダミーウェハーを半導体製
造装置に使用した場合には、ウェハーと摺動部との摺動
によるパーティクルの発生（発塵）が効果的に防止され
るため、半導体製品を高い製造歩留りで安定的に製造す
ることができる。
【０１２９】次に本発明に係る炭素膜被覆部材をプロー
ブピンおよびソケット用コンタクトに適用した実施形態
について以下の実施例および比較例に基づいて具体的に
説明する。
【０１３０】実施例２７〜３２ レニウムを５％含有する線径０．１ｍｍのタングステン
基材３２を図４（ｂ）に示すような形状に加工した後
に、表面に表８に示す炭化物からなる中間層３３を形成
し、さらにマグネトロンスパッタリング法により表８に
示す組成，Ｍ／Ｃ原子比、膜厚を有し、粒子状物質を分
散させた被膜３６を形成することにより各実施例に係る
プローブピン３０ａを調製した。
【０１３１】各実施例に係るプローブピン３０ａは、図
４（ｂ）に示すように、Ｒｅ−Ｗから成る基材３２表面
に中間層３３としての炭化物層が形成されており、この
炭化物層の表面側に、図１に示すようなアモルファス炭
素４から成るマトリックスと、そのマトリックス中に含
有（分散）した金属および／または金属炭化物５とから
成る被膜３６が一体に形成された層構造を有している。
【０１３２】比較例１３〜１４ 一方、上記被膜および中間層をコーティングしない点以
外は実施例２７と同様に処理して図４（ａ）に示すよう
なＲｅ−Ｗ材のみからなる比較例１３（従来例）に係る
プローブピン３０とした。また、Ｍ／Ｃ原子比を０．０
０１とした点以外は実施例２７と同様に処理して比較例
１４とした。
【０１３３】上記のように調製した各実施例および比較
例に係るプローブピン３０ａ、３０について、接触抵抗
値を測定し、下記表８に示す結果を得た。なお測定方法
は、Ａｌ電極パッド３８に１０ｇｆの荷重で２０万回プ
ローブピンを押し当てた後の、接触抵抗値を測定した。
【０１３４】
【表８】
【０１３５】上記表８に示す結果から明らかなように、
Ｗ，Ｓｉ，Ｔａから成る粒子状物質を分散したアモルフ
ァス炭素から成る被膜３６を形成した各実施例のプロー
ブピン３０ａにおいては、被膜３６を形成しない比較例
１３と比較して接触抵抗値の増大がないため、プローブ
カード用のコンタクトピンとしての検査精度を改善でき
ることが判明した。
【０１３６】特に各実施例のプローブピン３０ａにおい
ては、被膜３６の内部応力が粒子状物質によって緩和さ
れるため、５μｍ近くまで厚く形成した場合において
も、接触抵抗値の変化を生じることがなく、優れた寿命
（耐凝着性）が得られることも確認できた。
【０１３７】一方、比較例１３に係るプローブピン３０
においては、Ａｌ電極パッドにおけるＡｌ付着に対する
耐凝着性がないため、接触抵抗値が増大してプローブピ
ンの寿命劣化を引き起こすことが確認できた。また、比
較例１４のようにＭ／Ｃ原子比が０．０１より小さいも
のは膜中の金属成分量が少ないことから却って接触抵抗
に悪影響を与えることが分かった。
【０１３８】また、被膜を形成した各実施例のプローブ
ピンの先端を観察したが、ピン上にはＡｌの付着は認め
られず、優れた耐凝着性を有することが確認できた。し
たがって本実施例のような被膜を形成したプローブピン
を半導体デバイスの検査に使用することにより、常に安
定した状態で電気的特性を測定することができ、半導体
デバイスや液晶表示デバイスを高い精度で検査すること
が可能になる。
【０１３９】実施例３３〜３８ ベリリウム銅合金にＡｕメッキを施した基材４２を図５
に示すような形状に加工した後に、表面に表９に示すク
ロム（Ｃｒ）や炭化物または窒化物からなる中間層４３
を形成し、さらにマグネトロンスパッタリング法により
表９に示す組成，Ｍ／Ｃ原子比、膜厚を有し、粒子状物
質を分散させた被膜４６を形成することにより各実施例
に係るＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）パッケージのた
めのソケット用コンタクト４０を調製した。
【０１４０】各実施例に係るソケット用コンタクト４０
は、図５に示すように、ベリリウム銅合金にＡｕメッキ
を施した基材４２表面に中間層４３としてのクロム層、
炭化物層または窒化物層が形成されており、この中間層
４３の表面側に、図１に示すようなアモルファス炭素４
から成るマトリックスと、そのマトリックス中に含有
（分散）した金属および／または金属炭化物５とから成
る被膜４６が一体に形成された層構造を有している。そ
してＢＧＡパッケージの半田ボール４４がソケット用コ
ンタクト４０のコンタクト部４５に繰返してコンタクト
するように構成されている。
【０１４１】比較例１５ 一方、上記被膜および中間層をコーティングしない点以
外は実施例３３と同様に処理してベリリウム銅合金にＡ
ｕメッキを施した基材のみからなる比較例１５に係るソ
ケット用コンタクトとした。
【０１４２】上記のように調製した各実施例および比較
例に係るソケット用コンタクトについて、接触抵抗値を
測定し、下記表９に示す結果を得た。なお測定方法は、
Ａｌ電極パッド３８に１０ｇｆの荷重で２０万回ソケッ
ト用コンタクトを押し当てた後の、接触抵抗値を測定し
た。
【０１４３】
【表９】
【０１４４】上記表９に示す結果から明らかなように、
Ｗ，Ｓｉ，Ｔａから成る粒子状物質を分散したアモルフ
ァス炭素から成る被膜を形成した各実施例のソケット用
コンタクトにおいては、比較例１５と比較して接触抵抗
値の変化がないため、ソケット用コンタクトとしての検
査精度を改善できることが判明した。
【０１４５】特に各実施例のソケット用コンタクトにお
いては、被膜の内部応力が粒子状物質によって緩和され
るため、５μｍを超えるように厚く形成した場合におい
ても、接触抵抗値の増大もなく、優れた寿命（耐凝着
性）が得られることも確認できた。
【０１４６】このように、本実施例に係るプローブピン
およびソケット用コンタクトによれば、アモルファス炭
素から成るマトリックス中に金属および／または金属炭
化物が含有した被膜を、ウェハー基材表面の少なくとも
一部に形成しているため、基材の耐薬品性、耐摩耗性お
よび低摩擦特性が発揮されると同時に、アモルファス炭
素の内部応力がその中に含有される金属および／または
金属炭化物によって効果的に緩和される結果、被膜の剥
離や発塵がなく、優れた耐久性が発揮される。
【０１４７】特に本実施例のプローブピンおよびソケッ
ト用コンタクトを半導体製品検査装置に使用した場合に
は、電極部の軟質金属の付着がないために安定した接触
抵抗が得られ、検査用のプローブピンおよびソケットと
しての使用寿命が長くなり、半導体製品を高い検査精度
で安定的に検査することができる。
【０１４８】
【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係る炭素膜被
覆部材によれば、アモルファス炭素から成るマトリック
ス中に金属および／または金属炭化物が含有した被膜
を、基材表面の少なくとも一部に形成しているため、マ
トリックスとなるアモルファス炭素の耐摩耗性および低
摩擦特性が発揮されると同時に、アモルファス炭素の内
部応力がその中に含有される金属および／または金属炭
化物によって効果的に緩和される結果、被膜の剥離や発
塵が少なく、優れた耐久性が発揮される。
【０１４９】特に本発明の炭素膜被覆部材を、半導体製
造装置におけるエネルギー線の照射部や摺動部を構成す
る部材として使用した場合には、当該部材の劣化や剥離
や摺動によるパーティクルの発生（発塵）が少ないた
め、半導体製品を高い製造歩留りで安定的に製造するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る炭素膜被覆部材を半導体製造装置
用部材に適用した場合の一実施例の層構成を模式的に示
す部分断面図。
【図２】本発明に係る炭素膜被覆部材を半導体製造装置
のウェハーカセットに適用した一実施例を示す斜視図。
【図３】本発明に係る炭素膜被覆部材をダミーウェハー
に適用した場合の一実施例の層構成を模式的に示す部分
断面図。
【図４】プローブピンの構成を示す図であり、（ａ）は
従来例を示し、（ｂ）は本発明に係る炭素膜被覆部材を
プローブピンに適用した一実施例を示す部分断面図。
【図５】本発明に係る炭素膜被覆部材をソケット用コン
タクトに適用した一実施例を示す斜視図。
【符号の説明】
１ 炭素膜被覆部材（半導体製造装置用部材、ダミーウ
ェハー、切削工具、プローブピン、ソケット用コンタク
ト） ２ 基材（ＳＵＳ３０４） ３ 中間層（窒化層） ４ アモルファス炭素（マトリックス） ５ 粒子状物質 ６ 被膜（金属（金属炭化物）含有アモルファス炭素
膜） １１ ウェハーカセット １２ 上プレート １３ 下プレート １４ 支持壁 １５ ウェハー １６ 保持溝 ２１ ダミーウェハー ２２ ウェハー基材（単結晶シリコン） ２３ 中間層（炭化物層） ２４ アモルファス炭素（マトリックス） ２５ 粒子状物質 ２６ 被膜（金属（金属炭化物）含有アモルファス炭素
膜） ３０、３０ａ プローブピン ３２ 基材 ３３ 中間層 ３６ 被膜 ３７ 基板 ３８ Ａｌ電極パッド ４０ ソケット用コンタクト ４２ 基材 ４３ 中間層 ４４ 半田ボール ４５ コンタクト部 ４６ 被膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F100 AA12C AA12D AA15B AA15C AA15D AA16B AA37B AB01B AB01C AB01D AB04 AB11A AB11B AB12B AB13B AB20B AD00A AD04C AD04D AD07B AD07C AD07D AD08B AD10C AD10D AD11B AG00A AT00A BA02 BA03 BA04 BA05 BA07 BA10A BA10B BA13 EH46B EH66B EJ15B EJ53B EJ61B GB41 JA12B JA20B JB02 JK06 JK09 JL00 JM02B YY00B 5F031 CA02 CA05 CA11 DA01 EA01 PA26

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アモルファス炭素から成るマトリックス
    中に金属および／または金属炭化物を含有した被膜を基
    材表面の少なくとも一部に形成した炭素膜被覆部材にお
    いて、上記被膜を構成する金属（Ｍ）の炭素（Ｃ）に対
    する原子比（Ｍ／Ｃ）が０．０１〜０．７の範囲である
    ことを特徴とする炭素膜被覆部材。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の炭素膜被覆部材におい
    て、前記マトリックス中に含有される金属および／また
    は金属炭化物が、モリブデン，タングステン，タンタ
    ル，ニオブ，シリコン，ボロン，チタン，クロムおよび
    これら元素の炭化物から選択される少なくとも１種から
    成ることを特徴とする炭素膜被覆部材。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の炭素膜被覆部材におい
    て、前記金属および／または金属炭化物を含有した被膜
    の厚さが３０μｍ以下であることを特徴とする炭素膜被
    覆部材。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の炭素膜被覆部材におい
    て、前記被膜と基材との間に、金属、窒化物、炭化物ま
    たはホウ化物から成る単層または複数層の中間層を形成
    したことを特徴とする炭素膜被覆部材。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の炭素膜被覆部材におい
    て、前記炭素膜被覆部材が、ウェハー処理装置またはガ
    ラス基板処理装置に使用され、プラズマ，イオンビーム
    または電子シャワーの照射を受ける半導体製造装置用部
    材を構成していることを特徴とする炭素膜被覆部材。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の炭素膜被覆部材におい
    て、前記ウェハー処理装置が、エッチング装置，スパッ
    タリング装置，ＣＶＤ装置またはイオン注入装置である
    ことを特徴とする炭素膜被覆部材。
  7. 【請求項７】 請求項１記載の炭素膜被覆部材におい
    て、前記炭素膜被覆部材が半導体製造装置用部材であ
    り、半導体部品または装置構成材と接触して摺動する摺
    動部を構成していることを特徴とする炭素膜被覆部材。
  8. 【請求項８】 請求項７記載の炭素膜被覆部材におい
    て、前記被膜内の金属（Ｍ）の炭素（Ｃ）に対する原子
    比（Ｍ／Ｃ）が０．１〜０．５の範囲であることを特徴
    とする炭素膜被覆部材。
  9. 【請求項９】 請求項１記載の炭素膜被覆部材におい
    て、前記炭素膜被覆部材がウェハー基材表面に被膜を形
    成したダミーウェハーであり、前記被膜内の金属（Ｍ）
    の炭素（Ｃ）に対する原子比（Ｍ／Ｃ）が０．０５〜
    ０．２の範囲であることを特徴とする炭素膜被覆部材。
  10. 【請求項１０】 請求項９記載の炭素膜被覆部材におい
    て、前記ウェハー基材がシリコン，ガラス，セラミック
    スのいずれかで構成されたことを特徴とする炭素膜被覆
    部材。
  11. 【請求項１１】 請求項９記載の炭素膜被覆部材におい
    て、前記ダミーウェハーが、スパッタリング，ＣＶＤ，
    エッチング、イオン注入またはケミカルメカノポリッシ
    ングによる成膜操作におけるダミーウェハーとして使用
    されることを特徴とするの炭素膜被覆部材。
  12. 【請求項１２】 請求項９記載の炭素膜被覆部材におい
    て、前記被膜は、前記ウェハー基材の少なくとも一部に
    被覆されていることを特徴とする炭素膜被覆部材。
  13. 【請求項１３】 請求項１記載の炭素膜被覆部材におい
    て、前記炭素膜被覆部材が基材表面に被膜を形成したプ
    ローブピンであり、前記被膜内の金属（Ｍ）の炭素
    （Ｃ）に対する原子比（Ｍ／Ｃ）が０．２〜０．７の範
    囲であることを特徴とする炭素膜被覆部材。
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